Summary
Целью данного исследования было имитировать родную три слоистой архитектуры артериальной стенки. Чтобы достичь этого, электропрядения работал с использованием 3-1 (вход-выход) сопла и смеси поликапролактон, эластина и коллагена.
Abstract
На протяжении родной артерии, коллагена и эластина, играют важную роль, обеспечивая механическую позвоночника, предотвращения разрыва сосуда, а также содействие восстановлению под пульсирующие деформаций. Целью данного исследования было имитировать структуру родного артерии изготовления многослойных electrospun трубопровод состоит из поли (капролактона) (PCL) с добавлением эластина и коллагена со смесями 45-45-10, 55-35 - 10, 65-25-10 PCL-ЭЛАС-COL продемонстрировать механических свойств свидетельствует о родном артериальной ткани, оставаясь при этом способствует регенерации тканей. Всего трансплантатов и отдельные слои были проанализированы с использованием одноосного тестирование на растяжение, динамической податливости, шовный удержания, а также прочность на разрыв. Соответствие результатов показал, что изменения в средней / медиальный слой изменилось общее поведение трансплантата с целыми трансплантата значения соответствия в пределах от 0,8 - 2,8% / 100 мм рт.ст., в то время одноосном результаты показали средний диапазон модуля 2,0 - 11,8 МПа. Оба модуля и соответствие данных, отображаемых значений в пределах родной артерии. Математическое моделирование был реализован, чтобы показать, как изменения в слое жесткость влияет на общее окружное напряжение стены, а так же дизайн помощи для достижения лучших механических сочетание материалов. В целом, результаты показали, что трансплантат может быть разработан, чтобы имитировать три-слоистую структуру путем изменения свойств слоя.
Protocol
- До электропрядения, коллаген, от 6 месяцев бычьего кориума, должны быть извлечены при помощи уксусной кислоты основан процесс. Это извлеченный коллаген затем очищают путем последующей серии роспусков, осадки, и диализа. После коллаген лиофилизированный, электропрядения процесс может начаться.
- Три материалы массированные: поликапролактон (PCL), эластина (ЭЛАС) и коллагена (СЖ). Эти материалы будут отдельно, растворенных в 1,1,1,3,3,3 гексафтор-2-пропанол (HFP, TCI Америки) в концентрации 100 мг / мл, 200 мг / мл и 70 мг / мл, соответственно.
- Материалы смешиваются в пяти различных флаконов сцинтилляционных на объемные отношения 98-2-0 PCL-ЭЛАС-COL (интимы), 45-45-10, 55-35-10, 65-25-10 и PCL-ЭЛАС-COL (СМИ), и 70-0-30 PCL-ЭЛАС-COL (адвентиции).
- Для одноосных тестирование на разрыв и индивидуального тестирования соответствия слоя, каждый из материалов индивидуально electrospun, а многослойная сосудистых трансплантатов для взрыва, шовный удержания, а также проверки на соответствие были electrospun от 3 до 1 конфигурации. Одноосное растяжение леса тестирования были плоскими и прямоугольными (2,5 см в ширину х 10,2 см х 0,3 см толщиной) с диаметром 2 мм оправки используется для electrospin отдельные слои и многослойные трансплантаты были слишком малы для штамповки образцов.
- Для индивидуальных и многослойные электропрядения, растворы полимеров были загружены в пластиковых 3 мл шприца Becton Dickinson с 18 Gage тупым кончиком иглы, и помещали на шприцевой насос со скоростью диспансера множество. Индивидуальные электропрядения ставки были установлены по 4 мл / ч, в то время как многослойные ставки электропрядения менялись в зависимости от перехода и слой. Расход и объемы были как таковой: интиме был electrospun со скоростью 4 мл / час и объемом 0,5 мл последующим переходом сочетания обоих интимы и медиальной шприцы по 0,2 мл на 2 мл / ч каждый. Интимы шприц только тогда выключайте и медиального слоя было разрешено спина для 0,6 мл в 4 мл / ч следует переход между СМИ и адвентиции по 0,2 мл раствора полимера в 2 мл / ч каждый. Наконец, средства массовой информации была остановлена и адвентиции было разрешено спина для 0,4 мл на 4 мл / час.
- Все образцы были сшитые в 50 мМ EDC в течение 18 часов до начала каких-либо испытаний 1.
- Одноосное растяжение тестирование проводилось на шести образцах из одного листа electrospun гидратированных в PBS в течение 24 часов. "Собачья кость» формы образцы перфорированных от ковриков electrospun и проходит проверку на МТС Bionix 200 тестирование системы с 100 Н датчика нагрузки и расширение скоростью 10,0 мм / мин. Пик напряжения, модуль и удлинение при разрыве были рассчитаны с использованием TestWorks версии 4.
- Шовный удержания Тестирование проводилось по шести 2 мм внутренний диаметр трубчатых образцов из шести различных трансплантатов electrospun, смоченные в PBS в течение 24 часов при 37 ° C, на МТС Bionix 200 тестирование системы с 50 N тензодатчика (MTS Systems Corporation) и расширение скоростью 150,0 мм / мин в соответствии с прямо по процедуре, описанной в Американский национальный институт стандартов 2. 5-0 коммерческих PDS II фиолетовый мононити шов был помещен 2 мм от конца образца и продлен до шва вытащил через трансплантат. Пиковая нагрузка была зафиксирована в граммах силы использованием TestWorks версии 4.
- Тестирование прочность на разрыв был проведен на шести образцах из шести различных трансплантатов electrospun. Съемки труб, 2-3 см в длину, были гидратированных в ФБР, оснащенные более 1,5 мм, диаметр соски прилагается к устройству, и закрепляется 2-0 шелковые нити. Воздух был введен в систему, увеличивая давление на уровне 5 мм рт.ст. / с до взрыва трубы 2. Результаты представлены как давление в мм рт.ст., при котором разрыв трубы.
- Динамическое соответствие был определен в течение шести 2 мм внутренний диаметр трубчатых трансплантатов, взятых из шести различных трансплантатов electrospun в длину 3 см под моделируемых физиологических условиях. Как отдельные слои и многослойные трубчатые конструкции были electrospun и протестированы на тех же условиях. Образцы были проверены в интеллектуальных тканевой инженерии с помощью механической стимуляции (шт.) Биореактор разработан рост тканей Технологии заполнены PBS при температуре 37 ° C. Биореакторе при условии, 1Гц изменения давления циклические к внутренней части трансплантата, где три различных уровнях давления 90/50, 120/80, 150/110 мм рт.ст. и систолическое / диастолическое были исследованы 2, 3.
Представитель Результаты
Когда электропрядения протоколы выполнены правильно, конечный продукт должен быть мягким, бесшовные трубы с не первые признаки отслоения между слоями. При одноосных испытаниях на растяжение, прочность на разрыв тесты, тесты шовный сохранение и соблюдение испытания проводятся, результаты следует указать, что, как медиальной жесткости слоя увеличивается, с уменьшением количества эластина, связанных механических свойств должна продемонстрировать жесткую трубку.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Наиболее критическая часть данного исследования является электропрядения процесса. При использовании 3-1 ввода-вывода сопла, изогнуты и потерь заряда может произойти. Если это произойдет, напряжения, связанного с полимером, который вращается снизится вызывая сварные, «мокрые» волокон и создания отслоения между каждым из трех слоев. Таким образом, в соответствии электрические потенциалы имеют важное значение для получения идеального многослойные трубы.
Соблюдение соответствия является одной из основных причин окклюзии шунтов при небольшом уровне диаметре. Разработка многослойной сосудистой трансплантата дает возможность адаптировать трансплантата свойств к чему-то, которые могли бы имитировать природные биомеханики и архитектуры родного артерии. Как шаги в обработке многослойных сосудистого трансплантата прогресса в будущем, наша лаборатория будет исследовать возможные ограничения, такие как отслоение слоев в то время как на эшафот подвергается деградации в дополнение к надлежащему размер пор для клеточной инфильтрации. Чтобы проверить это, как бесклеточных и клеточных лабораторные исследования деградации будет осуществляться в статических и динамических культуры. Эти тесты определяют как миграционные возможности лесов и как они будут эффективно деградировать в физиологических условиях.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Некоторые авторы Соединенных Штатов и международных патентов, касающихся технологии, представленные в этой рукописи, и эта технология была лицензирована для органогенеза, Inc
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить Американской ассоциации сердца Срединно-Атлантического Партнерская (0555407U, GLB) для финансирования.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Polycaprolactone | Sigma-Aldrich | ||
| Elastin | Elastin Products Company | ||
| Collagen | |||
| Acetic Acid | Fisher Scientific | ||
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | ||
| TRIS | Fisher Scientific | ||
| 6 L Avanti J-HC Centrifuge | Beckman Coulter Inc. | ||
| 1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol | TCI America | ||
| 3 ml Becton Dickinson Syringe | |||
| CZE1000R Rack Mount Power Supply | Spellman | ||
| High-Pressure Syringe Pump | Cole-Parmer | ||
| 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide | Pierce, Thermo Scientific | ||
| 70 % ethanol | Sigma-Aldrich | ||
| ImageTool 3.0 software | Shareware provided by UTHSCSA | ||
| Scanning Electron Microscope | Carl Zeiss, Inc. | ||
| MTS Bionix 200 testing system | MTS Systems Corp. | ||
| TestWorks version 4 | |||
| Intelligent Tissue Engineering via Mechanical Stimulation (ITEMS) Bioreactor | Tissue Growth Technologies |
References
- McClure, M. J., Sell, S. A., Barnes, C. P., Bowen, W. C., Bowlin, G. L. Cross-linking Electrospun Polydioxanone-Soluble Elastin Blends: Material Characterization. Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 3, 1-10 (2008).
- Cardiovascular implants - Vascular graft protheses. VP20, AAMI Press. Bethesda, MD. (1994).
- McClure, M. J., Sell, S. A., Simpson, D. G., Walpoth, B. H., Bowlin, G. L. A three-layered electrospun matrix to mimic native arterial architecture using polycaprolactone, elastin, and collagen: A preliminary study. Acta Biomater. , (2010).
